Страница 164 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

Вы уже знаете, что стиральную соду используют для умягчения воды. Какое значение имеет этот процесс в промышленности и в быту?

Процесс умягчения воды с помощью стиральной соды (карбоната натрия, $Na_2CO_3$) имеет огромное значение как в быту, так и в промышленности. Жёсткость воды обусловлена высоким содержанием в ней растворенных солей кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$). Стиральная сода позволяет удалить эти ионы из воды, переводя их в нерастворимые осадки — карбонат кальция и карбонат магния, которые легко отфильтровать или удалить.

Химические реакции, лежащие в основе процесса умягчения, в ионной форме выглядят так:
$Ca^{2+}(aq) + CO_3^{2-}(aq) \rightarrow CaCO_3(s) \downarrow$
$Mg^{2+}(aq) + CO_3^{2-}(aq) \rightarrow MgCO_3(s) \downarrow$

Значение в быту

В бытовых условиях умягчение воды направлено на повышение комфорта, экономию денежных средств и продление срока службы бытовой техники.

1. Стирка и уборка. В жёсткой воде поверхностно-активные вещества (ПАВ), содержащиеся в мыле и стиральных порошках, работают гораздо менее эффективно. Ионы кальция и магния реагируют с ними, образуя нерастворимые соли, так называемый "мыльный шлак". Этот осадок не обладает моющими свойствами и оседает на ткани (делая её серой, жёсткой и менее прочной) и поверхностях. Умягчение воды позволяет:
- Значительно сократить расход моющих средств (иногда в 2-3 раза).
- Повысить качество стирки: бельё становится мягче, сохраняет яркость цвета и не "застирывается".
- Избежать появления белесых разводов и налёта на посуде, сантехнике и других поверхностях после мытья.

2. Защита бытовой техники. Главный враг бытовых приборов, работающих с горячей водой (стиральных и посудомоечных машин, электрических чайников, бойлеров), — это накипь (в основном $CaCO_3$). Она образуется при нагревании жёсткой воды и откладывается на нагревательных элементах (ТЭНах) и внутренних поверхностях. Умягчение воды:
- Предотвращает образование накипи.
- Повышает энергоэффективность приборов. Накипь обладает очень низкой теплопроводностью, из-за чего ТЭНу приходится работать дольше и с большей мощностью для нагрева того же объёма воды, что ведёт к перерасходу электроэнергии.
- Продлевает срок службы техники, защищая её от поломок, связанных с перегревом ТЭНа и засорением клапанов и трубок.

3. Личная гигиена. При мытье в жёсткой воде на коже и волосах может оставаться тонкий налёт от взаимодействия солей с мылом, что вызывает ощущение сухости, стянутости кожи и может приводить к раздражению. Волосы после такого мытья становятся тусклыми, жёсткими и плохо расчёсываются. Мягкая вода полностью смывает моющие средства, оставляя ощущение чистоты и комфорта.

Ответ: В быту умягчение воды с помощью стиральной соды позволяет экономить моющие средства, улучшать качество стирки и уборки, предотвращать образование накипи в бытовых приборах, тем самым продлевая их срок службы и экономя электроэнергию, а также улучшать состояние кожи и волос.

Значение в промышленности

В промышленных масштабах правильная водоподготовка, включая умягчение, является критически важным технологическим процессом, который обеспечивает эффективность, безопасность и качество производства.

1. Теплоэнергетика. На ТЭЦ, АЭС и в промышленных котельных вода используется для производства пара, который приводит в движение турбины генераторов. Использование жёсткой воды здесь абсолютно недопустимо, так как образование твёрдой накипи на внутренней поверхности котлов и труб:
- Резко снижает теплопередачу, что ведёт к колоссальному перерасходу топлива для поддержания нужной температуры.
- Может вызвать локальный перегрев металлических стенок труб и их разрыв, что чревато серьёзными авариями и взрывами котлов.
Поэтому вся вода, поступающая в паровые котлы, проходит многоступенчатую, глубокую очистку и умягчение.

2. Химическая и фармацевтическая промышленность. Для синтеза многих химических веществ, производства лекарств и косметики требуется вода высокой степени чистоты. Присутствие ионов жёсткости может:
- Вступать в нежелательные побочные реакции, снижая выход и чистоту целевого продукта.
- Вызывать помутнение растворов или выпадение осадков, нарушая технологический процесс.
- Снижать активность или "отравлять" катализаторы.

3. Текстильная и целлюлозно-бумажная промышленность. Качество воды напрямую влияет на качество конечной продукции. В текстильной промышленности ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ мешают равномерному прокрашиванию тканей и закреплению красителя, что приводит к браку, пятнам и блёклой окраске. В производстве бумаги избыток солей жёсткости снижает её белизну и прочность.

4. Пищевая промышленность. Минеральный состав воды влияет на вкус, цвет и консистенцию продуктов и напитков. Например, при производстве пива, соков и безалкогольных напитков жёсткость воды строго контролируется, так как она определяет их вкус. При консервировании овощей (например, горошка) жёсткая вода может делать их твёрдыми и непривлекательными.

Ответ: В промышленности умягчение воды необходимо для предотвращения аварий и экономии топлива в теплоэнергетике, обеспечения чистоты и стабильности химических процессов, получения высококачественной продукции в текстильной, пищевой, фармацевтической и других отраслях, а также для защиты дорогостоящего промышленного оборудования от преждевременного износа и поломок.